Šta je kinematika? Sekcija mehanike, proučavanje matematičkog opisa kretanja idealizovanih tela

Šta je kinematika? Po svojoj definiciji po prvi put učenici srednjih škola na fizičkim časovima počinju da se upoznaju. Mehanika (kinematika je jedan od njegovih sekcija) sama predstavlja veći deo ove nauke. Obično se studentima prvi put predstavlja u udžbenicima. Kao što smo rekli, kinematika je podsekcija mehanike. Ali pošto je o njoj, o tome ćemo detaljnije govoriti.

Mehanika kao deo fizike

Sama reč "mehanika" je grčkog porekla i bukvalno je prevedena kao umetnost građevinskih mašina. U fizici se smatra sekcijom koja proučava kretanje tzv. Materijalnih tijela u različitim dimenzionalnim prostorima (to jest, pokret se može pojaviti u jednoj ravni, na konvencionalnoj koordinatnoj mreži ili u trodimenzionalnom prostoru). Istraživanje interakcije između materijalnih tačaka je jedan od zadataka mehanike (kinematika je izuzetak od njihovog pravila, jer se bavi modelovanjem i analizom alternativnih situacija bez uzimanja u obzir efekta parametara sile). Uz sve to treba napomenuti da relevantni odjel fizike pod promjenom podrazumijeva promjenu položaja tijela u prostoru tokom vremena. Ova definicija se ne odnosi samo na materijalne tačke ili tela u cjelini, već i na njihove dijelove.

Koncept kinematike

Naslov ovog dela fizike takođe ima grčko poreklo i bukvalno je preveden kao "pokret". Tako dobijamo inicijalnu, još uvek ne formiranu, stvarno odgovoriti na pitanje šta je kinematika. U ovom slučaju, možemo reći da u odjeljku proučavaju matematičke metode opisivanja različitih tipova kretanja direktno idealizovanih tijela. Govorimo o tzv. Apsolutno čvrstim telima, idealnim tečnostima i, naravno, o materijalnim tačkama. Veoma je važno zapamtiti da prilikom primjene opisa ne uzimaju se u obzir razlozi zbog kojih je došlo. To znači da parametri kao što su masa tela ili sila koja utiču na karakter njenog kretanja nisu predmet razmatranja.

Osnovi kinematike

One uključuju takvu stvar kao vreme i prostor. Jedan od najjednostavijih primera je situacija u kojoj, recimo, materijalna tačka se kreće duž kruga određenog poluprečnika. U ovom slučaju, kinematika će pripisati obavezno postojanje takve količine kao centripetalno ubrzanje, koje se duž vektora usmerava od samog tela do centra kruga. To jest, vektor ubrzanja u bilo kom trenutku će se poklopiti sa radijusom kruga. Međutim, čak iu ovom slučaju (u prisustvu centripetalnog ubrzanja) kinematika neće pokazati koja priroda ima sila koja je izazvala njen izgled. Ovo je već akcija, koja demontira dinamiku.

Kakvu kinematiku?

Dakle, ustvari, odgovorili smo na ono što je kinematika. To je deo mehanike koji proučava načine opisivanja kretanja idealizovanih objekata bez proučavanja parametara sile. Sada da razgovaramo o tome kakva je kinematika. Njegov prvi tip je klasičan. Uobičajeno je uzeti u obzir apsolutne prostorne i vremenske karakteristike određene vrste kretanja. U ulozi prvog, dužine segmenata se pojavljuju, u ulozi drugog, u vremenskim intervalima. Drugim rečima, možemo reći da ovi parametri ostaju nezavisni od izbora referentnog okvira.

Relativistički

Druga vrsta kinematike je relativistička. U njoj, između dva odgovarajuća događaja, vremenske i prostorne karakteristike mogu se promeniti ako se tranzicija izvrši iz jednog referentnog okvira u drugi. Istovetnost porekla dva događaja u ovom slučaju takođe pretpostavlja isključivo relativnu prirodu. U ovom obliku kinematike, dva zasebna koncepta (i govorimo o prostoru i vremenu) spajaju se u jednu. U njemu, količina, koja se obično zove interval, postaje invarijantna u Lorentzovoj transformaciji.

Istorija stvaranja kinematike

Uspjeli smo razumjeti koncept i dati odgovor na pitanje šta je kinematika. Ali, kakva je bila istorija njenog nastanka kao podsektor mehanike? O tome o čemu sada treba da govorimo. Dugo vremena su svi koncepti ovog podsektora zasnovani na stvarima koje je napisao sam Aristotel. U njima su odgovarale izjave da je brzina tela u jesen direktno proporcionalna numeričkoj vrijednosti težine određenog tela. Takođe je pomenuto da je uzrok pokreta direktno prisiljavanje, a u njegovom odsustvu ne može biti pokreta i govora.

Iskustva Galileja

Rad Aristotela na kraju šesnaestog veka bio je zainteresovan za poznati naučnik Galileo Galilej. Počeo je da proučava proces slobodnog pada tela. Može se spominjati njegovih eksperimenata, koje je vodio na Križama u Pisi. Takođe, naučnik je proučavao proces inercije tela. Na kraju Galileo je uspeo da dokaže da je u svojim radovima Aristotel pogrešio i napravio niz pogrešnih zaključaka. U odgovarajućoj knjizi, Galileo je predstavio rezultate obavljenog rada sa dokazima o zabrinutosti Aristotelovih zaključaka.

Savremena kinematika, kako se danas smatra, rođena je u januaru 1700. godine. Tada je Pjer Varignon održao govor pred Francuskom akademijom nauka. Takođe je dao prve koncepte ubrzanja i brzine, pisanja i objašnjavanja u diferencijalnom obliku. Malo kasnije, Ampere je primetio neke od kinematičkih predstavljanja. U osamnaestom veku on je koristio tzv. Calculus varijacija u kinematici. Posebna teorija relativnosti, stvorena čak i kasnije, pokazala je da prostor, kao i vreme, nije apsolutan. U isto vrijeme, istaknuto je da brzina može biti fundamentalno ograničena. To je bila osnova koja je potakla kinematiku u razvoj u okviru i koncepata tzv. Relativističke mehanike.

Koncepti i količine korišćene u ovom odeljku

Osnovi kinematike uključuju nekoliko količina koje se primenjuju ne samo teoretski, već se takođe odvijaju u praktičnim formulama koje se koriste u modeliranju i rešavanju određenog spektra problema. Da se detaljnije upoznamo sa ovim količinama i konceptima. Počnimo, možda, sa drugima.

1) Mehaničko kretanje. Definiše se kao promjena u prostornoj poziciji određenog idealizovanog tijela u odnosu na druge (materijalne tačke) tokom promjene u vremenskom intervalu. U ovom slučaju, pomenuta tela imaju odgovarajuće sile interakcije.

2) Referentni okvir. Kinematika, definicija koju smo ranije dali, zasniva se na upotrebi koordinatnog sistema. Prisustvo njegovih varijacija je jedan od potrebnih uslova (drugi uslov je upotreba instrumenata ili sredstava za merenje vremena). Generalno, referentni okvir je potreban za uspješan opis određenog tipa kretanja.

3) Koordinate. Kao konvencionalni imaginarni indikator, neraskidivo povezan sa prethodnim konceptom (referentni okvir), koordinate nisu ništa drugo do način na koji se određuje položaj idealizovanog tijela u prostoru. U ovom slučaju, za opis se mogu koristiti cifre i specijalni simboli. Koordinate često koriste izviđači i artiljeri.

4) Radijus vektor. Ovo je fizička količina koja se u praksi koristi za postavljanje položaja idealiziranog tela s pogledom na prvobitnu poziciju (a ne samo). Jednostavno rečeno, određena tačka je uzeta i utvrđena za konvenciju. Najčešće je ovo poreklo koordinata. Dakle, posle ovoga, recimo, idealno telo od ove tačke počinje da se kreće duž slobodne proizvoljne trajektorije. U bilo kom trenutku možemo povezati položaj tela sa poreklom, a rezultujuća linija neće biti ništa više od vektorskog poluprečnika.

5) Odeljak kinematike koristi pojam trajektorije. To je obična kontinualna linija koja se kreira tokom kretanja idealizovanog tela s proizvoljnim slobodnim kretanjem u prostoru različitog veličine. Putanja, prema tome, može biti pravolinijska, kružna i slomljena.

6) Kinematika tela je neizostavno povezana sa takvom fizičkom količinom kao brzinom. Zapravo, ovo je vektorska količina (vrlo je važno zapamtiti da se koncept skalarne količine primjenjuje samo u izuzetnim situacijama), što će karakterizirati brzinu promjene položaja idealiziranog tijela. Njegov vektor se obično smatra zbog činjenice da brzina određuje pravac trenutnog kretanja. Da biste koristili koncept, neophodno je primijeniti referentni okvir, kao što je već pomenuto.

7) Kinematika, čija definicija govori da ne uzima u obzir uzroke koji uzrokuju kretanje, u određenim situacijama, razmatraju i ubrzavaju. To je takođe vektorska količina koja pokazuje koliko će intenzivno vektor brzine idealizovanog tijela promeniti pod alternativnom (paralelnom) promjenom u jedinici vremena. Znajući istovremeno, u kom pravcu su usmereni oba vektora - brzine i ubrzanja - može se reći o prirodi kretanja tela. Može biti jednako ubrzano (vektori se podudaraju), ili jednako sporo (vektori su različito usmereni).

8) Ugaona brzina. Još jedna vektorska količina. U principu, njegova definicija se poklapa sa onom koji smo ranije dali. U stvari, razlika leži samo u činjenici da se prethodno razmatran slučaj dogodio prilikom kretanja duž pravolinijske trajektorije. Zatim imamo kružno kretanje. Može biti uredan krug, kao i elipsa. Sličan koncept se daje za ugaono ubrzanje.

Fizika. Kinematika. Formule

Da bi se rešili praktični problemi vezani za kinematiku idealizovanih tela, postoji čitav spisak veoma različitih formula. Oni vam omogućavaju da odredite pređenu putanju, trenutnu, početnu konačnu brzinu, vreme za koje je telo prošlo ovo ili ono rastojanje, i još mnogo toga. Poseban slučaj aplikacije (privatno) je situacija sa modeliranim slobodnim padom tijela. U njima je ubrzanje (označeno slovom a) zamenjeno ubrzanjem gravitacije (slova g, numerički jednaka 9,8 m / s ^ 2).

Pa, šta smo saznali? Fizika - kinematika (čije su formule izvedene jedna od druge) - ovaj odeljak se koristi za opisivanje kretanja idealizovanih tela bez uzimanja u obzir parametara sile koji postaju uzroci nastanka odgovarajućeg kretanja. Čitač može uvek saznati više o ovoj temi. Fizika (tema "kinematika") je veoma važna, jer daje osnovne koncepte mehanike kao globalni deo relevantne nauke.